8. Роль і значення води у природних явищах і процесах, житті та господарській діяльності людини

Вода - неоціненний і незамінний скарб і ресурс природи, одна з найважливіших рушійних сил формування географічної оболонки планети, основа виникнення й існування життя на Землі. Вона утво­рює океани і моря, річки та озера, болота, льодовики, у вигляді пари, дрібнодисперсних рідких і твердих часточок знаходиться в атмосфе­рі, міститься у ґрунтах і гірських породах, входить до складу будь-яких живих організмів, забезпечує функціонування і відтворення біо­сфери планети у цілому. Ще понад 2,5 тис. років тому один із найвідоміших мудреців прадавнини Фалес Мілетський стверджував, що "світ походить від води", вважаючи саме її першоосновою всього іс­нуючого. І насправді, історія планети Земля - це насамперед історія води. У воді вперше утворилися складні органічні сполуки, найпрос­тіші живі організми, еволюція яких зумовила сучасне біологічне різ­номаніття живої природи. Воду - цей дорогоцінний природний дар академік О. Карпінський називав живою кров'ю природи, яка ство­рює життя там, де його не було раніше. За висловом В. Вернадського, "Вода стоїть осібно в історії нашої планети. Нема природного тіла, яке б могло зрівнятися з нею за впливом на хід основних найграндіозні- ших геологічних процесів. Нема земної речовини - мінералу, гірської породи, живого тіла, які б її не містили. Вся земна речовина у верхній частині планети нею просякнута і охоплена".

Завдяки своїм специфічним фізичним властивостям вода на Землі за звичайних природних умов може існувати і в твердому, і в рідкому, і в газоподібному стані одночасно. Це зумовлює можливість природно­го кругообігу земних вод. Його перебіг як в глобальному, так і в регіо­нальному і місцевому масштабах забезпечує обмін речовин і енергії між різними складовими довкілля, об'єднує в єдину цілісну систему рі­зноманітні водні об'єкти і навіть різні частини планети.

Більшу частину поверхні земної кулі займає Світовий океан, який є основним збирачем і акумулятором тепла на Землі. Відомо, що 1 см³ води, температура якої підвищується на 1 °С, може цим теп­лом підвищити на 1 °С температуру повітря об'ємом 2744 см³. Звід­си стає зрозумілим вплив океанів і морів на клімат прилеглих тери­торій, який проявляється в його пом'якшенні. Частини ж материків, віддалені від морів, мають континентальний клімат із холодною зи­мою та жарким літом.

Маси океанічної й морської води, перемішуючись у вигляді теплих або холодних течій з одних місць в інші, отеплюють або охолоджують значні території. Океани і моря є також основним джерелом надхо­дження вологи в атмосферу, яка оберігає Землю від надмірного охо­лодження в періоди зменшення притоку сонячної радіації, утворює опади і цим сприяє пом'якшенню клімату.

Завдяки величезній масі і специфічним тепловим властивостям гі­дросфера Землі виконує роль головного регулятора планетарних теп­лових процесів. У середньому вона поглинає близько 77 % сонячної енергії, що досягає земної поверхні, передаючи її потім в атмосферу в процесах випаровування і наступної конденсації водяної пари, а та­кож шляхом турбулентного теплообміну. Разом з тим природні води різних регіонів Землі, теплові властивості й інші характеристики яких залежить від широтного розподілу сонячної радіації, самі суттєво впливають на перерозподіл теплоти в меридіональному напрямку: з морськими течіями тепло з районів його накопичення (низькі широ­ти) переноситься до місць його витрачання (високі широти). Це вирі­внює сучасні теплові різниці на різних широтах.

Гідросфера Землі справляє значний вплив на метеорологічні умови. Загальні закономірності розподілу атмосферного тиску, напрямки і сила вітрів, хмарність та інші чинники залежать від розподілу води на земній кулі і різниці в їх температурах. Крім того, загальна цирку­ляція атмосфери і переміщення повітряних мас супроводжується від­повідними трансформаціями над водними акваторіями (нагрівання, охолодження, насичення вологою тощо). І звичайно зрозуміло, що ос­новним джерелом опадів є Світовий океан.

У процесі власного кругообігу вода формує інший кругообіг, який без неї просто не міг би існувати: вона руйнує і розчиняє гірські по­роди на суходолі, активно переносить продукти руйнування і розчи­нені речовини та відкладає їх в інших місцях. Основним накопичувачем таких продуктів у кінцевому випадку є Світовий океан. Вода під­хоплює, переносить і відкладає також продукти руйнування порід і ґрунтів, що утворюються внаслідок дії інших процесів: вітрової ерозії, вулканічних вивержень, морозного вивітрювання, дії сонячного про­міння, живих організмів тощо.

Значну роль у виникненні і перебігу ерозійних процесів на суші ві­діграють атмосферні опади, які формують поверхневий стік, утво­рюють струмки та річки. Текучі води розмивають земну поверхню (водна ерозія), захоплюють продукти розмиву і руйнування гірських порід та переносять їх у зниження в рельєфі. Текучі води не можуть переносити на значні відстані важчі частинки продуктів руйнування, і вони досить швидко відкладаються (відбувається їх акумуляція). Бі­льшу частину продуктів розмиву річки виносять у моря й озера, де утворюються донні відклади. Ерозійна діяльність текучих вод іноді виражена дуже різко: в гірських районах формуються селеві потоки, на рівнинах із розчленованим рельєфом - яри. У результаті яружної ерозії втрачаються значні площі орних та інших цінних земель.

Великої шкоди завдає площинний змив, унаслідок якого ґрунт не тільки збіднюється на вологу, а й втрачає родючий шар. У районах із розчленованим рельєфом щорічний змив ґрунту становить 2-40 т з 1 га; іноді досягає 50-80 т, а при катастрофічних зливах - 250 т з 1 га і більше. До цього слід додати, що великі маси наносів, які річки приносять в озера, ставки і водосховища, викликають швидке заму­лення їх, заростання й перетворення на болота. Отже, в результаті діяльності текучих вод збільшується почленованість і змінюється за­гальний вигляд суші.

Надмірне, застійне або слабко-проточне зволоження ділянок земної поверхні спричиняє виникнення процесів заболочування. На таких ділянках з'являється характерна для боліт рослинність і починає відк­ладатися торф.

Ерозійно-акумулятивні процеси, що відбуваються на земній повер­хні, та їх наслідки безсумнівно зумовлюються прямим чи опосередко­ваним впливом природних вод. Без участі води неможливо уявити хімічне вивітрювання гірських порід. Зазначені процеси в річкових басейнах змінюють цілі гірські системи. Наслідком потужної дії вод і різних гідрологічних чинників є абразія морських берегів, берегів озер і водосховищ, формування дельтових рівнин і шельфу, підвод­них каньйонів і глибоководних конусів виносу твердих матеріалів.

У природі роль води як унікального й універсального розчинника є надзвичайною. Розчиняючись у воді, найрізноманітніші речовини, що входять до складу земної кори, набувають підвищеної міграційної здатності, утворюють біологічно активні сполуки, вільно перемішу­ються на значні відстані, розсіюються чи, навпаки, накопичуються в однорідних за хімічним складом відкладах, часто утворюючи потужні родовища корисних копалин.

Багато вільної і зв'язаної води міститься у верхніх шарах літосфе­ри. Така вода впливає на процеси формування ґрунтів, їх родючість, придатність для розвитку різних видів рослинності і сільськогоспо­дарського використання. Підземні води також беруть участь у бага­тьох фізико-географічних процесах, що відбуваються на Землі. На­самперед вони є одним із джерел живлення річок, озер, водосховищ. Разом із підземними водами до вод річок і інших поверхневих водних об'єктів потрапляє значна кількість розчинених речовин, які вино­сяться в моря та океани і там накопичуються переважно у вигляді розчинених солей (хлоридів і сульфатів натрію, кальцію, магнію тощо). У місцях виходу підземних вод на поверхню, на схилі розвива­ються такі негативні фізико-географічні процеси, як заболочування, зсуви, утворення карсту тощо.

Отже, у формуванні географічної оболонки Землі, обрису її повер­хні воді належить надзвичайно велика роль. Вода - важливий ком­понент природних ландшафтів, носій речовини та енергії, вирі­шальним чином впливає на їх обмін між геосферами і різними гео­графічними регіонами.

Винятковим є значення води в усіх біологічних процесах на нашій планеті. Уся жива речовина на ній більш ніж на % складається з води. На вуглець, що входить до складу цієї речовини, припадає тільки 10 %, а 90 % її маси складають водень і кисень переважно у вигляді молекул Н2О. Без повітря (кисню) життя можливе (анаеробні організ­ми), без води - ні. Недаремно В. Вернадський вважав, що "життя - це особлива колоїдальна водна система ... особливе царство природних вод", що "вода і жива речовина - генетично пов'язані частини органі­зованості земної кори".

Область поширення живих організмів (біосфера) займає частину атмосфери (до 25 км над рівнем моря), поверхневі води і води океа­нів і морів (на глибину до 10-11 км) і верхню частину літосфери (на глибину до 3 км). Тому, за Вернадським, біосфера - це оболонка Зем­лі, склад, структура та енергетика якої зумовлені минулою чи сучас­ною діяльністю всіх живих організмів у причинно-наслідковому взає­мозв'язку з тим чи іншим середовищем, у якому вони проживають. Переважна маса вод біосфери неодноразово проходить через живі організми в результаті обміну речовин або метаболізму. Тому всі води біосфери (щонайменше 99 % їх) є біогенними водами, які на початко­вих етапах розвитку гідросфери утворилися за рахунок космогенних вод, що надходили на планету з навколишнього космічного простору, чи ендогенних вод, які надходять із глибин Землі.

Існування і розміщення різних живих організмів на Землі в цілому підпорядковується кліматичній зональності, однак суттєво залежить від наявності води та її фізико-хімічних властивостей. Основним се­редовищем проживання тваринних організмів слугує Світовий океан. Рослини заселяють і океан і сушу. В останньому випадку їх поширен­ня визначається наявністю необхідної кількості тепла, характером ґрунтів і, що особливо важливо, наявністю води.

Живі організми, що проживають у водному середовищі, назива­ються гідробіонтами. За місцем проживання і характером перемі­щення гідробіонти поділяють на планктон (організми водної товщі у завислому стані, не здатні самостійно переміщуватися на значні від­далі, міграція яких у межах того чи іншого водного об'єкта може від­буватися в основному за рахунок їх перенесення течіями), нектон

(вищі та інші водні організми, здатні до активного та самостійного переміщення на великі відстані), нейстон (організми приповерхнево­го шару природних вод у зоні їх прямого контакту з атмосферою), бентос (донні організми).

Зазначені організми являють собою єдину, цілісну і дуже важливу біотичну компоненту так званої водної екосистеми (гідроекосистеми). Абіотичними складовими такої системи є донні відкладення, мулові розчини, завислі наноси органічного і мінерального походження і вла­сне вода як середовище і спосіб існування будь-яких рослинних чи тваринних гідробіонтів.

Поняття "екосистема" ввів у науковий обіг у 1935 р. англійський учений А. Тенслі. Згідно з його визначенням екосистема - це природ­ний комплекс, утворений живими організмами (біоценоз) і середови­щем їх проживання (біотоп), пов'язаними між собою обміном речо­вин, енергії та інформації.

За Ю. Одумом, усі природні екосистеми поділяються на три групи: наземні (тундра, ліси, степи, пустелі), прісноводні (болота , річки, озе­ра) і морські (океани, шельф, затоки, естуарії). З цього поділу випли­ває, що водні екосистеми дуже поширені і є найважливішими компо­нентами земного природного середовища. Вивчає водні екосистеми гідроекологія (водна екологія) як частина загальної екології чи геоеко- логії. До комплексу досліджень гідроекологічного спрямування вхо­дять також і гідрологічні дослідження.

Водні екосистеми можуть бути поділені також за ієрархічною під­порядкованістю: глобальна екосистема Світового океану разом із річ­ковою мережею його водозбору; ізольовані водні екосистеми областей внутрішнього стоку; великі водні об'єкти (моря, річкові системи); окремі річки, озера, водосховища; їх частини; екосистеми нижчого рангу (окремі елементи водойм і водотоків).

До переліку характеристик абіотичної частини водних екосистем, що мають найбільше значення для розвитку водної біоти, входять: температура, мінералізація (солоність) і мутність води; вміст у воді окремих розчинених речовин у тому числі забруднювальних; концен­трації кисню і діоксиду вуглецю; швидкості течії; інтенсивність водо­обміну між різними частинами водного об'єкта і режим рівнів водойм і водотоків; льодові явища та ін. Гідрологія як наука вивчає ці харак­теристики та явища, їх просторово-часову мінливість, причини, що зумовлюють останню.

Вода відіграє величезну роль у житті та господарській діяльності людини. З водою пов'язаний розвиток промисловості, тепло- та гідро­енергетики, сільського господарства, водного транспорту, інших галу­зей господарського комплексу будь-якої країни.

Найдавніші цивілізації виникли і розвивалися в річкових долинах Північної Африки, Середнього Сходу, Індостану, тобто там, де в дос­татній кількості була прісна вода. Ще до нашої ери в Месопотамії, Єгипті, Китаї було збудовано великі гідротехнічні споруди, меліорати­вні системи, велася боротьба з повенями на річках. Спеціальними за­конодавчими актами встановлювались порядок і правила користу­вання водою річок та зрошувальних каналів.

Не меншу роль у давні часи річки відігравали і в нашій країні. Особливості гідрографічної сітки та зручність географічного поло­ження визначали в минулому характер розселення людей. Річки ви­користовувались як джерело питної води, зручні шляхи сполучення, місця для вилову риби, а заплави їх - під городи, луки, пасовища. По Дніпру, а далі по Волхову та Неві пролягав відомий водний шлях "з варяг у греки", що сполучав Балтійське море з Чорним. Цей шлях мав важливе значення для розвитку торговельних і культурних зв'язків давньої Русі із заморськими державами Європи й Азії. Пізніше малі річки почали використовувати і як джерела дешевої енергії: на них будували водяні млини, гідросилові установки та різні підприємства.

Неоціненне значення в господарській діяльності людини річки ма­ють і в наш час: вони живлять водою міста і села, промислові підпри­ємства, гідравлічні, теплові й атомні електростанції, зрошувальні та обводнювальні системи.

Вода - як прісна, так і солона, є цінною промисловою сировиною, необхідною складовою частиною технологічних процесів багатьох ви­робництв. Загальновідоме значення води річок, озер, океанів і морів для розвитку судноплавства, риболовства, добування цінних хімічних речовин, солей, водоростей тощо. Донні відклади (грязі) багатьох во­дойм мають цілющі властивості.

Велике практичне значення підземних вод зумовлюється насампе­ред їх безпосереднім господарським використанням. Тому підземні води можна розглядати як корисні копалини поряд із вугіллям, наф­тою, газом тощо. Підземні води використовують для комунального, промислового і сільськогосподарського водопостачання. У багатьох великих містах прісні артезіанські води є джерелом питної води. У деяких районах відкачування цих вод застосовують і для зрошення. Підземні води з підвищеною мінералізацією і наявністю компонентів бальнеологічного значення використовуються для лікувальних цілей.

Значною практичною цінністю відзначаються болота та їх води. Торф, який добувається після осушення боліт, широко використову­ється як паливо, добриво і хімічна сировина. З нього добувають ряд хімічних продуктів: аміак,дьоготь тощо. Слід особливо підкреслити, що найбільшими, практично невичерп­ними, водними, мінеральними та енергетичними ресурсами відзначаються моря та океани. У них зосереджені також величезні біологіч­ні ресурси. На сьогодні, однак, ці ресурси використовуються ще до­сить слабко і нерівномірно. Найповнішим використанням характери­зується біологічна складова зазначених ресурсів: величезну частку світової продукції дають морські промисли - рибний, морського звіра, молюсків, водоростей тощо.

Постійно зростають розвідані запаси й обсяги добування мінераль­но-сировинних ресурсів морів і океанів. Серед усіх видів подібних ре­сурсів найбільше значення мають нафта і газ, основна частина родо­вищ яких розташована в межах континентального шельфу.

Інші види мінеральної сировини, зосереджені в прибережних морських розсипах і на поверхнях океанічного ложа, містять титан, цирконій, золото, платину, алмази, каситерит, фосфорити, залізо- марганцеві конкреції (на глибинах понад 3 км), до складу яких вхо­дять також мідь, нікель, кобальт та інші метали. Прибережні зони є також джерелами бурштину, мінеральних солей, будівельних матері­алів - піску, гравію, ракушняку.

Значні ресурси мінеральної сировини присутні в морських і океа­нічних водах у вигляді розчинених солей (хлоридів, сульфатів і гідро­карбонатів натрію, кальцію і магнію, солей йоду, брому, бору тощо).

Енергетичні ресурси океанів і морів представлені енергією хвиль, течій, різницею температур на водній поверхні і різних глибинах, енергією припливів. Ці відтворювані і практично невичерпні енерге­тичні ресурси на сьогодні використовуються незначною мірою, однак із розвитком відповідних технологій масштаби їх використання мо­жуть значно зрости вже в найближчій перспективі.

Визначне практичне значення для людини має рекреаційний потен­ціал Світового океану, озер і річок, інших водних об'єктів гідросфери. Слід зауважити, що води Світового океану можна розглядати як по­тенційне і невичерпне джерело прісної води, зосередженої в льодови­ках Антарктиди і Гренландії, а також отримуваної з морських вод шляхом їх опріснення. Використання для цього процесу електроенер­гії, виробленої на ядерних енергетичних установках, може зробити його рентабельним уже в найближчому майбутньому.